При проектировании таких электронных приложений, как источники смещения датчиков и усилителей или генераторы сигналов специальной формы, полезным строительным блоком может служить управляемый источник втекающего или вытекающего постоянного тока. Эти схемы имеют высокий динамический выходной импеданс и в допустимом диапазоне напряжений обеспечивают относительно большие токи. Можно реализовать схему источника постоянного тока на операционном усилителе и дискретном внешнем транзисторе, но также можно сконструировать биполярную версию источника втекающего или вытекающего тока на основе одного операционного усилителя и нескольких резисторов (Рисунок 1). Схемы источников постоянного втекающего тока на Рисунках 1а – 1в предлагают различные компромиссы между точностью, динамическим импедансом и диапазоном выходных токов.

Рисунок 1.	Принципиальная схема таймера автоматического отключения питания.

На Рисунке 1г изображена схема биполярного источника тока с более простой конфигурацией обратной связи, чем у обычного токового насоса Хауленда, которому требуется положительная обратная связь, а входное сопротивление которого непостоянно. На Рисунке 1д показан источник вытекающего постоянного тока. Все эти схемы демонстрируют отличную линейность зависимости выходного тока от входного напряжения.

Выходной сигнал схемы на Рисунке 1а содержит неопределенную составляющую ошибки, обусловленную током покоя операционного усилителя, который прибавляется к расчетному выходному току. Например, значение тока покоя операционного усилителя MAX4162 равно примерно 25 мкА, которым, впрочем, в большинстве приложений можно пренебречь. Схема на Рисунке 1б ведет себя аналогичным образом, но ее ток покоя вычитается из идеального значения выходного тока. Схема на Рисунке 1в обеспечивает втекающий ток без погрешности, вносимой током покоя, а схема на Рисунке 1г имеет биполярный выход, ток которого может быть как втекающим, так и вытекающим – в зависимости от полярности входного напряжения. Его характеристики зависит от точности согласования сопротивлений пар резисторов R₁, R₂ и R₃, R₄ и хорошего соответствия положительного и отрицательного напряжений источника питания. Любое различие между абсолютными значениями напряжений питания проявляется как ток смещения при входном напряжении 0 В. Чтобы добиться нечувствительности к изменениям напряжения питания, схема источника тока на Рисунке 1д требует точного согласования сопротивлений пар резисторов R₁, R₂ и R₃, R₄.

Рисунок 2.	На этих графиках показаны зависимости выходного тока от выходного напряжения для схем на Рисунке 1. Обратите внимание, что для схем (б) и (в) характеристики динамического выходного сопротивления очень похожи на характеристику идеального источника тока: ΔVOUT/ΔVIN = ∞.

Для расчета выходных токов схем, изображенных на Рисунке 1, можно использовать следующие формулы, в которых V_IN – входное напряжение, I_OUT – выходной ток, R_LOAD – сопротивление нагрузки. (Обратите внимание, что в этих примерах R_LOAD = 100 Ом). На Рисунке 1а

на Рисунке 1б

на Рисунке 1в

на Рисунке 1г

и на Рисунке 1д

Формула для схемы на Рисунке 1г предполагает хорошее согласование, то есть, R₃ = R₄, R₁ = R₂ и V+ = V–. Также предполагается, что сопротивление R₄ намного больше, чем R₁.

Для фиксированных значений выходных токов в каждой из пяти схем на Рисунке 1 графики на Рисунке 2 представляют динамический импеданс (R_DYNAMIC) и диапазон полезных выходных напряжений (и соответствующих токов). Для лучшего отображения верхней части диапазона амплитуд токов номинальный выходной ток выбран равным 5 мА. В соответствии с требованиями конкретного приложения можно оптимизировать динамический импеданс и диапазон токов каждой схемы за счет разумного выбора типов операционных усилителей и номиналов резисторов.

1. Datasheet Maxim MAX4162